隨著全球航運業(yè)脫碳步伐的加速，日本將目光瞄準(zhǔn)了“零碳燃料”氨，日本船企正在聯(lián)手加速研發(fā)氨燃料發(fā)動機(jī)，和歐美船級社合作制定氨燃料船舶規(guī)則，并寄希望在氨燃料船舶建造市場迎戰(zhàn)中韓船企，重振日本造船業(yè)。

世界首次！日本企業(yè)聯(lián)合研發(fā)四沖程氨燃料發(fā)動機(jī)完成混燒試驗

5月16日，由日本船舶企業(yè)合作研發(fā)的世界首臺四沖程氨燃料發(fā)動機(jī)啟動陸上實驗，成功完成混燒比例80%的燃料氨穩(wěn)定燃燒。

據(jù)了解，這是日本郵船連同日本船廠（Nihon Shipyard）、日本發(fā)動機(jī)公司(J-ENG)、IHI原動機(jī)（IHI Power Systems）和日本船級社（NK）共同進(jìn)行的國產(chǎn)氨燃料發(fā)動機(jī)搭載船舶開發(fā)項目的一部分。該項目在2021年發(fā)起，是日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省下轄新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的“新一代船舶”開發(fā)項目的一部分。

按照計劃，合作伙伴在2024財年開發(fā)和運營一艘內(nèi)航氨燃料拖船，并在2026財年開發(fā)運營氨燃料氨氣運輸船。這兩艘船都將使用一些燃料油作為引燃燃料（pilot fuel），因為氨氣很難點燃。此外，各方還將在研發(fā)、發(fā)動機(jī)開發(fā)、造船和商業(yè)化方面合作，制定與此類船舶有關(guān)的安全指南、法律和法規(guī)。

2023年4月，IHI原動機(jī)在其位于群馬縣的太田工場開始了用于氨燃料拖船主發(fā)動機(jī)的280毫米缸徑四沖程氨燃料船用發(fā)動機(jī)的運行測試。

氨在燃燒過程中不排放二氧化碳，因此被視為航運業(yè)能源轉(zhuǎn)型的潛在脫碳燃料之一。但由于其毒性，氨是一種難以處理的物質(zhì)。此次測試在徹底確保安全的同時，將發(fā)動機(jī)內(nèi)燃料氨的混燒比例提高到80% ，并對尾氣后處理裝置和燃料供應(yīng)系統(tǒng)等進(jìn)行了試驗，首次成功地實現(xiàn)了這些系統(tǒng)的穩(wěn)定綜合運行。

測試結(jié)果表明，在運行過程中一氧化二氮（NO2，溫室效應(yīng)約為二氧化碳的300倍）和未燃燒的氨排放幾乎為零，而且所有測試設(shè)備在運行期間和關(guān)閉后都沒有氨泄漏。

在測試之前，IHI原動機(jī)、日本郵船、日本船廠、日本海事協(xié)會于4月11日在太田工場舉行了測試設(shè)備檢查和技術(shù)審查會議。負(fù)責(zé)拖船改裝的京濱Dock和該船運營管理公司新日本海洋也參與了設(shè)備檢查，以確認(rèn)船舶建造和運營所涉及的技術(shù)。

隨著此次測試的順利完成，該發(fā)動機(jī)還將進(jìn)行進(jìn)一步的陸上測試，以通過進(jìn)一步提高混燒比例來最大限度地減少溫室氣體排放。最終，發(fā)動機(jī)計劃于2024年6月安裝在氨燃料拖船上。

據(jù)了解，在這一氨燃料拖船的開發(fā)運營項目中，日本郵船將負(fù)責(zé)船舶設(shè)計、設(shè)備布局和安裝、以及監(jiān)管合規(guī)性工作，IHI原動機(jī)負(fù)責(zé)開發(fā)氨燃料四沖程發(fā)動機(jī)，而日本船級社負(fù)責(zé)船舶安全性評估。未來這艘拖船還將使用生物燃料等作為引燃燃料，以達(dá)成溫室氣體零排放。

動力先行，日本船企合作加速推進(jìn)開發(fā)氨燃料發(fā)動機(jī)

發(fā)動機(jī)作為船舶動力核心裝備，其發(fā)展將直接關(guān)乎氨燃料作為船舶燃料的應(yīng)用與發(fā)展。

據(jù)了解，德國船機(jī)巨頭曼恩能源方案公司（MAN Energy Solutions）預(yù)計將于2024年前在大型遠(yuǎn)洋船舶上實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，隨后公司還將推出改造方案，使現(xiàn)役船舶在2025年前可以使用氨燃料發(fā)動機(jī)。

另一家船機(jī)巨頭瓦錫蘭早在2017年便已完成了70%氨混合燃料發(fā)動機(jī)的測試，當(dāng)時便提出目標(biāo)2023年推出100%使用氨燃料的發(fā)動機(jī)。2022年，瓦錫蘭全新開始開發(fā)Wartsila 25中速四沖程發(fā)動機(jī)，這款發(fā)動機(jī)預(yù)計將成為瓦錫蘭首款使用氨燃料運行的發(fā)動機(jī)。

2021年，中國船舶集團(tuán)旗下低速機(jī)制造商WinGD對外宣布了其甲醇和氨燃料發(fā)動機(jī)開發(fā)時間表。其發(fā)動機(jī)產(chǎn)品將分別從2024年和2025年起能夠使用氨燃料。

在日本國內(nèi)，氨燃料船舶發(fā)動機(jī)也在加速推進(jìn)開發(fā)。三井E&S控股正在從事氨動力發(fā)動機(jī)開發(fā)，今治造船將從三井E&S控股采購。

日本發(fā)動機(jī)公司（J-ENG）日前與赤坂柴油機(jī)（Akasaka Diesels Limited）簽署了一份技術(shù)協(xié)議，以推動開發(fā)和普及下一代燃料發(fā)動機(jī)。作為UE發(fā)動機(jī)的授權(quán)許可方，J-ENG公司已經(jīng)獲得了資助，正在開發(fā)氨燃料發(fā)動機(jī)和氫燃料發(fā)動機(jī)。日前，該公司已經(jīng)開始進(jìn)行“零排放燃料”氨燃料共燃運行，這在全球尚屬首次。

就在近期，由日本4家船企合作研發(fā)的世界首臺四沖程氨燃料發(fā)動機(jī)啟動陸上實驗，成功完成混燒比例80%的燃料氨穩(wěn)定燃燒。這臺用于氨燃料拖船主機(jī)的280毫米缸徑四沖程氨燃料發(fā)動機(jī)由IHI原動機(jī)研制，該發(fā)動機(jī)計劃于2024年6月安裝在氨燃料拖船上。

另外，四家合作伙伴還將共同開發(fā)一種250毫米缸徑的發(fā)動機(jī)，用于遠(yuǎn)洋船舶的輔機(jī)，用于安裝在一艘氨燃料氨氣運輸船上。在氨燃料氨氣運輸船的開發(fā)運營項目中，日本郵船負(fù)責(zé)船舶設(shè)計和監(jiān)管合規(guī)性工作，日本發(fā)動機(jī)負(fù)責(zé)開發(fā)氨燃料二沖程發(fā)動機(jī)（主機(jī)），IHI原動機(jī)負(fù)責(zé)開發(fā)氨燃料四沖程發(fā)動機(jī)（輔機(jī)），日本造船負(fù)責(zé)船體開發(fā)并探討船舶建造方法，日本船級社負(fù)責(zé)氨動力氨氣運輸船的安全性評估。新船將在2026財年完工交付，主發(fā)動機(jī)實現(xiàn)混燒比例95%，為發(fā)電機(jī)提供動力的輔機(jī)中燃料氨混燒比例至少為80%。

以此次測試的成功為開端，合作伙伴將繼續(xù)努力，強(qiáng)化日本海事集群的國際競爭力，目標(biāo)是建造世界上第一艘氨燃料船舶，實現(xiàn)安全航行，并為國際規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

欲率先制定規(guī)則，氨燃料船舶將左右日本造船業(yè)的沉浮

氨氣在燃燒時不排放二氧化碳，因此成為了理想的船用零碳燃料。作為一種穩(wěn)定、清潔的能源，氨氣有望在將來得到廣泛的應(yīng)用。相比氫燃料，氨氣在零下33度即可液化。燃燒時的熱量比重油低，但比氫氣高，燃料罐的容量也只有重油的2.5倍。

據(jù)國際能源署（IEA）預(yù)測，按不同種類來看，2050年的船舶燃料中氨燃料的占比將達(dá)到46%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2030年的8%。同時也超過氫燃料16%。

今治造船將開發(fā)既能確保裝貨空間又能抑制氣化的氨罐。�？扛鄣陌比剂涎a(bǔ)給設(shè)備的建設(shè)將由合作方伊藤忠商事負(fù)責(zé)。將建設(shè)能夠及時補(bǔ)給的基地，爭取實現(xiàn)氨燃料儲罐的小型化。

氨燃料儲罐需要很強(qiáng)的密封性，因此氨燃料船的建造成本估計比重油燃料船高出3成以上。盡管如此，貨主和海運企業(yè)仍十分重視運輸時的碳減排效果，今治造船認(rèn)為需求很大。

日本各家海運企業(yè)也開始關(guān)注氨燃料船的動向。

商船三井將比原計劃提前兩年，從2028年開始引進(jìn)氨燃料船，并在2035年之前投入9000億日元資金，引進(jìn)110艘使用氨等新一代燃料的船舶。商船三井董事田中利明充滿期待地表示，預(yù)計2025年開發(fā)成功氨燃料發(fā)動機(jī)，使用氨燃料發(fā)動機(jī)的船舶將于2027～2028年問世。

此外，日本郵船曾我貴也專務(wù)執(zhí)行董事表示，氨燃料船的開發(fā)速度比預(yù)想的要快，有可能比最初計劃的2034年更早引進(jìn)，并對最早于2029年度導(dǎo)入使用氨燃料的汽車運輸船表現(xiàn)出積極態(tài)度。

4月14日，日本商船三井、常石造船和三井E&S造船共同研發(fā)的氨動力遠(yuǎn)洋液化氣運輸船設(shè)計獲得了日本船級社（NK）和英國勞氏船級社（LR）的原則性批準(zhǔn)（AiP），這也是是世界上首次由NK和LR同時授予的AiP。

除了船東和貨主，日本船企的壓力似乎更大。

日本的造船業(yè)曾經(jīng)領(lǐng)先全球，而如今陷入困境。據(jù)英國IHS Markit統(tǒng)計，日本的全球份額在1984年占到約53%，達(dá)到頂峰，1990年代降至不到5成。后來無法抵抗中國和韓國的價格攻勢，目前已經(jīng)不足1成。

由于日本船企被趕超，三井E&S控股事實上退出了日本國內(nèi)的商船建造業(yè)務(wù)。日本造船聯(lián)合公司（JMU）也決定在京都的舞鶴事務(wù)所退出新船建造業(yè)務(wù)。

不過，在氨燃料船舶領(lǐng)域，中國船舶集團(tuán)及韓國三大造船巨頭等也在著手開發(fā)。日本的新一代燃料船也未必不會重蹈過去的覆轍。

今年1月，日本商船三井和三井物產(chǎn)聯(lián)合設(shè)計的大型氨動力散貨船已經(jīng)獲得了日本船級社頒發(fā)的原則性批準(zhǔn)(AIP)。

今年2月，日本三菱重工宣布，其子公司三菱造船和日本國際石油開發(fā)株式會社（Inpex）聯(lián)合最完成了氨燃料加注船概念研究。根據(jù)在這項聯(lián)合研究中獲得的知識和技術(shù)，三菱造船將繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)調(diào)查，并與有關(guān)的海事公司等合作，著眼于該船的商業(yè)化。

LNG是一種過渡燃料，因此為了實現(xiàn)零排放，開發(fā)下一代燃料的船舶同樣至關(guān)重要。JMU計劃利用銷售LNG動力船的現(xiàn)金來建立投資能力。通過與今治造船的合資企業(yè)，JMU希望盡快開發(fā)氨燃料船舶。

日本最大的造船集團(tuán)今治造船最早計劃建造氨燃料船，在航運業(yè)領(lǐng)域脫碳進(jìn)程加速的背景下，今治造船希望在從開發(fā)環(huán)保技術(shù)到制定規(guī)則等各個方面都搶在前面，以價格競爭力為武器，向掌握全球近8成份額的中韓船企企發(fā)起反攻。

據(jù)國際船舶網(wǎng)了解，今治造船力爭在2026年建造用于運輸鐵礦石等的超過20萬噸大型散貨船。由其子公司日日本船廠（Nihon Shipyard）開發(fā)，在今治造船的愛媛縣西條工廠建造。日本船廠力爭在完成建造前獲取訂單。

因此，今治造船計劃與歐美主要船級社合作率先制定規(guī)則，以掌握商業(yè)化的主導(dǎo)權(quán)。包括與美國船級社（ABS）及挪威DNV等船級社合作，制定安全使用氨燃料的規(guī)則。今治造船將與在制定大型船標(biāo)準(zhǔn)方面具有影響力的船級社合作，盡快制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，力爭建立有利于獲得訂單的體制。

目前，在船舶的環(huán)保對策方面，LNG燃料和甲醇燃料船的使用正在擴(kuò)大。在這期間，中國船企逐漸普及LNG燃料船，集裝箱船幾乎已經(jīng)全部采用LNG燃料船，新的集裝箱船訂單也越來越多的開始采用甲醇燃料，中國也確立了低價制造LNG儲氣罐的技術(shù)，日本企業(yè)難以在短期內(nèi)扭轉(zhuǎn)局勢。因此，在新一代燃料船的實用化上能否領(lǐng)先全球，將左右日本造船業(yè)的沉浮。